Dynamic mechanism of turbidity current for long-distance sediment transport through integration of numerical science and high resolution measurement technique

数值科学与高分辨率测量技术相结合研究浊流长距离输沙动力机制

• 批准号: 19KK0110
• 负责人: 西浦 泰介
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19KK0110/
• 关键词: 乱泥流; 粒子懸濁液; 密度流; 海底乱泥流; 高精度計測技術; 粒子流体シミュレーション; 大規模数値計算; 海底地盤災害; 超音波計測; 海底地盤

海底で大規模に進行する土砂流れ（乱泥流）の被害予測・リスク管理に向け、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の水工学研究室と共同研究を進めている。地震や季節的な水位変動に起因する「海底斜面の不安定化」により頻発する乱泥流は、海底構造物を破壊しながら数千km以上流動する。しかしながら、その発生場所や規模の予測は困難であり、海洋における大規模なインフラ整備や海底資源開発の妨げととして認識されており、被害の定量化や適切な対策の立案を行うことが重要となっている。本研究では、共同研究の相手方であるEPFL研究室が有する高精度超音波計測技術と初期・境界条件が管理可能な水槽実験設備を利用し、①粒子懸濁液の速度場，濃度場，粒度分布を計測する手法を確立を目指し、②乱泥流の詳細な運動メカニズムを明らかにすることを目標としている。実験結果から、研究代表者らが有する③粒子-流体相互作用を考慮したシミュレーション技術の高度化を図り、④乱泥流の長距離土砂輸送メカニズムについて論理性・普遍性・客観性を有する包括的な説明手法を提案することを目的としている。2022年度は，乱泥流を模擬した粒子懸濁液の連続注入を可能にする水槽模型実験装置の作成を行った。実験装置をもとに同比重の塩水密度流と粒子懸濁液の流動過程を観測し、運動性の際を検討した。また，粒子-流体の相互作用整理のための数理アルゴリズムの改良を並行して進めた。加えて、コロナ化で直接の訪問等が叶わなかったものの、EPFLの水工学研究室と定期的に研究交流を行い、2023年度に実施する研究内容について議論を行った。

Research and development on damage prediction and management of large-scale mud flow under the sea by the Hydraulic Engineering Laboratory of the University of Technology (EPFL) Earthquake and seasonal fluctuation of water level cause "instability of seabed slope", resulting in frequent flow of mud and submarine structures, and flow of thousands of kilometers or more It is difficult to predict the scale of the development site, and it is important to understand the large-scale development of the seabed resources, quantify the damage, and file a case for the development of the seabed resources. This study includes: (1) establishment of measurement methods for velocity field, concentration field and particle size distribution of particle suspension;(2) detailed movement of muddy flow;(3) establishment of measurement methods for high-precision ultrasonic measurement technology, initial and boundary conditions, management possibilities, and tank equipment in EPFL Laboratory;(4) establishment of measurement methods for particle suspension;(5) establishment of measurement methods for particle size distribution;(6) establishment of measurement methods for particle suspension; and (7) establishment of measurement methods for particle size distribution. The results of this study are summarized as follows: ① Particle fluid interaction is taken into account; ② High-level technology is adopted; ④ Long-distance soil and sand transportation is carried out by turbulent mud flow; ② Logic, universality, and objectivity are included; and finally, explanation methods are proposed. In 2022, the simulation of turbulent mud flow and continuous injection of particle suspension were carried out. The device is designed to measure the relative density of water and the flow process of particle suspensions, and to investigate the kinetic characteristics of the particles. In addition, the particle-fluid interaction system has been improved. Add to the list, direct visits, etc., EPFL's Hydraulic Engineering Laboratory, regular research exchanges, research activities in 2023, discussion

项目成果

透明懸濁液、及びその利用

透明悬浮液及其用途

• 发表时间: 2021

Numerical Approach in the Study of Tsunami-like Waves and Comparison with Experimental Data

海啸波研究的数值方法及其与实验数据的比较

• 发表时间: 2019
• 期刊: Proceedings of the 29th International Ocean and Polar Engineering Conference
• 作者: Daisuke Nishiura;Davide Wuthrich;Mikito Furuichi;Shun Nomura;Michael Pfister;Giovanni De Cesare
• 通讯作者: Giovanni De Cesare

Spatio-temporal deposition profile of an experimentally produced turbidity current with a continuous suspension supply

连续悬浮液供应下实验产生的浊流的时空沉积剖面

• DOI: 10.1016/j.ijsrc.2021.11.004
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Sediment Research
• 影响因子: 3.6
• 作者: Nomura Shun;De Cesare Giovanni;Furuichi Mikito;Takeda Yasushi;Sakaguchi Hide
• 通讯作者: Sakaguchi Hide

Measurement of the inner structure of turbidity currents by ultrasound velocity profiling

• DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103540
• 发表时间: 2021-03
• 期刊: International Journal of Multiphase Flow
• 影响因子: 3.8
• 作者: J. Hitomi;S. Nomura;Y. Murai;G. De Cesare;Y. Tasaka;Y. Takeda;H. Park;H. Sakaguchi

Quasi-stationary flow structure in turbidity currents

浊流中的准稳态流动结构

• DOI: 10.1016/j.ijsrc.2020.04.003
• 发表时间: 2020
• 期刊: International Journal of Sediment Research
• 影响因子: 3.6
• 作者: Nomura Shun;De Cesare Giovanni;Furuichi Mikito;Takeda Yasushi;Sakaguchi Hide
• 通讯作者: Sakaguchi Hide